李生輝

（晴隆縣水務局沙子水庫工作站，貴州 晴隆 561400）

0 引言

晴隆縣沙子水庫給當?shù)剞r業(yè)種植、生活用水、環(huán)境保護等都帶來了很大的效益，但是由于水庫年久失修，其安全性與可靠性逐漸降低，并受到了社會各界的廣泛關注。為此，需要重視沙子水庫除險加固工程的開展，進一步發(fā)揮其社會價值。本文針對晴隆縣沙子水庫存在的病險及形成原因進行分析[1]，并針對不同病險提出了具體除險加固技術方案。

1 工程概況

1.1 水庫簡介

沙子水庫座落在晴隆縣沙子鎮(zhèn)瀾木橋處，距縣城13km，離沙子鎮(zhèn)政府2km，緊靠320國道，交通較為便利。沙子水庫大壩工程屬“三邊”工程，始建于1975年，1976年開始蓄水，至1982年完成大壩及溢洪道等工程。沙子水庫大壩為均質土壩，壩頂高程1366.73m，最大壩高22.5m，壩軸線長123m，水庫正常蓄水位1364.73m，正常蓄水位以下庫容113萬m3，設計洪水位1365.67m，相應庫容128萬m3，下泄流量12.3m3/s。校核洪水位1366.03m，相應庫容133萬m3，下泄流量19.9m3/s。水庫是一座以灌溉為主的IV等?。?）型水庫，根據工程級別及建筑物級別，相應的設計洪水標準為50年一遇，即P=2%，校核洪水標準為500年一遇，即P=0.2%。

1.2 地質條件

沙子水庫所在河流屬北盤江的三級支流，麻沙河的二級支流，大橋河的一級支流。該區(qū)出露地層主要為砂頁巖，地貌具有侵蝕地貌特征，主要表現(xiàn)為切脊狀山溝谷，具山盆期地貌特征。工程所在地出露地層為古生界二疊系中統(tǒng)龍?zhí)督M（P2L）和峨嵋山玄武巖（P2β）地層，巖性主要有灰黃色黏土巖，粉砂巖夾煤層及拉斑狀玄武巖，杏仁狀玄武巖。

2 沙子水庫病險原因分析

沙子水庫經過近50年的運行，雖然2005年經過除險加固治理，但運行至今，灌漿及其他工程已局部失效，工程已經出現(xiàn)老化。受建庫時主客觀條件的限制，水庫工程存在病險較多，造成不同程度的險情，威脅水庫大壩安全渡汛。

2.1 壩基滲漏

2.1.1 現(xiàn)象描述與危害分析

大壩是水庫樞紐的主體，按部位可將大壩滲漏劃分為壩身滲漏、壩基滲漏和接觸部位滲漏3種。沙子水庫大壩出現(xiàn)壩基滲漏,大壩的選址不當、壩基清理不好、施工質量不達標、填筑材料質量有問題及地下動物活動等都可能造成壩基滲漏的產生。發(fā)生壩基滲漏,就會對組成壩體的土體顆粒產生影響，使其隨水流發(fā)生移動,在大水流的沖刷下,形成滲透變形或破壞,甚至可能下滑、滑坡、潰壩，會給打壩兩側及下游的農田及居民生活帶來不利影響,造成嚴重的損失。

2.1.2 原因分析

沙子水庫的壩基滲漏一方面是由于在建壩當初嵌槽處理技術不到位，土料較差，干容重不足，密實度不符合規(guī)范要求；另一方面是因為水庫大多建在20世紀50～70年代，由于資金缺乏，技術力量薄弱，既無設計資料又無地質勘探資料，具備工程施工條件先天不足，經多年運行嚴重老化；另外，大壩基礎座落在強風化玄武巖上，強風化帶裂隙發(fā)育、張開，巖體完整性差，巖體呈碎裂狀結構，部分呈散體狀結構，加之壩體填筑質量相對較差，水庫蓄水運行時間過長，庫水極易沿著節(jié)理裂隙或溶蝕裂隙產生滲漏，因此壩基存在滲漏現(xiàn)象。

2.2 壩肩滲漏

2.2.1 現(xiàn)象描述

沙子水庫壩區(qū)兩岸巖性以灰色黏土巖、黃色砂頁巖及玄武巖為主。沙子水庫經2006年除險加固完成后，大壩滲漏得到有效治理，直至2015年都未出現(xiàn)異常情況。自2015年以后，右壩肩、下游坡腳及靠近左壩肩處相繼出現(xiàn)浸水現(xiàn)象。水庫運行至今，左、右壩肩的滲漏情況基本無變化，下游坡腳及靠近左壩肩處的滲漏點由最初的散浸逐漸發(fā)展為現(xiàn)在的集中滲漏，滲漏量隨時間的推移逐漸變大，且與庫內水位呈正比例變化，即水位越高滲漏量越大。在大壩下游壩腳及靠近左壩肩處發(fā)現(xiàn)滲漏點，右壩肩存在散浸現(xiàn)象。

2.2.2 原因分析

分析其滲漏原因：灌漿處理后水庫已運行16年，灌漿局部失效，壩體質量較差,現(xiàn)存在薄弱帶滲漏庫水極易沿著節(jié)理裂隙或溶蝕裂隙產生滲漏，需進行除險加固防滲處理。

2.3 溢洪道不能安全泄洪

溢洪道是水庫樞紐工程中的重要組成部分,它的設計與布局都要兼顧到水庫的標準，因為溢洪道的承載能力、泄洪大小，直接影響到水庫的運行安全。由于水庫的溢洪道平面或剖面設計不當，可能會使溢洪道的陡坡設計問題突出。因為在設計時不夠注意,坡的修整厚薄不均,使得穩(wěn)定性不能被滿足,造成塌方和滑坡現(xiàn)象。從而使泄洪的能力下降,造成沖刷力量過大。另外,在泄洪的特點、結構基礎上考慮的不周全,會出現(xiàn)水流流量沖擊過大,排水反濾設備發(fā)生滑塌,使得水庫的砌護及底板出現(xiàn)裂縫，影響工程安全性。

根據上述分析溢洪道極易發(fā)生的問題并結合沙子水庫溢洪道現(xiàn)狀可知，造成沙子水庫溢洪道不能安全泄洪的原因包括：溢流堰為寬頂堰，溢洪道進口有裂縫及變形等現(xiàn)象，表面不完整，雜草眾生，污物淤積；泄槽槽身現(xiàn)狀較規(guī)整，但由于溢洪道長時間不泄洪墻面及底板雜草眾生，污物淤積，消力池內泥沙淤積，在緊靠泄槽左岸邊有一木材加工廠；溢洪道出口被村民填埋用于修建房屋，國防光纜線埋入橫穿溢洪道，溢洪道出口被堵塞不能安全泄洪。

3 沙子水庫除險加固技術方案

3.1 壩基滲漏處理技術方案

3.1.1 新建截流墻及壩頂壓頂

新建截流墻.截流墻布置于上游壩面一級馬道之上，截流墻基礎開挖深2～5m，截流墻由C20混凝土現(xiàn)澆制作，起點和終點與壩頂相接。軸線沿上游壩面輪廓線和馬道布置?？傞L172.35m，頂寬2m。其中上游壩面輪廓線段截流墻總高2.45m，一期混凝土2.15m，二期混凝土壓頂（0.3m），馬道段截流墻總高1.95m，一期混凝土1.65m，二期混凝土壓頂0.3m。壩頂壓頂由C20混凝土現(xiàn)澆制作，起終點與截流墻相接，頂部與壩頂齊平?？傞L138m，頂寬1m，總高0.65m，一期混凝土0.15m，二期混凝土0.5m。

3.1.2 鋪設復合土工膜

截流墻和壩頂壓頂一期混凝土平臺澆筑成型后，兩側按設計回填壓實后，方可進行下墊層和復合土工膜等基層相關鋪設，土工膜-截流墻連接大樣圖如圖1所示。下墊層采用10cm厚細砂找平壓實，起到均勻受力、排水排氣、找平坡面的作用。為提高土工膜物理力學性能，土工膜采用復合方式（兩布一膜，土工膜厚度1mm），并在四周連接處設置伸縮節(jié)（伸縮節(jié)長30cm，距截流墻和壓頂10cm，采用折疊方式，折疊兩端用Φ30氯丁橡膠棒固定，以提供足夠變形余量）。土工膜兩端與防滲墻連接采用“插筋+氯丁橡膠墊片+土工膜+氯丁橡膠墊片+鋼板+鋼筋螺帽+二期混凝土壓頂”的錨固方式，鋪設時，氯丁橡膠墊位于復合土工膜兩側，均應進行開孔以便錨固筋插入。此后，鋼板鉆孔后穿過錨固筋，并用鋼筋螺帽擰緊。錨固筋兩端錨固長度應嚴格按照設計執(zhí)行。土工膜上側面采用15cm厚細砂碾壓密實，能有效防止保護層棱角、毛刺刺破土工膜，并具有一定排水作用，在水位降落期能排出土工膜表面積水。防護層采用C20預制混凝土蓋板，能有效防止外部因素破壞基底。

圖1 土工膜-截流墻連接大樣圖（1∶25）

3.1.3 灌漿

大壩上游壩面沿截流墻軸線采用帷幕灌漿技術措施[2]，灌漿平臺設于截流墻頂部，延伸至兩側。帷幕線從左壩肩沿截流墻至右壩肩山體進行布置，防滲線長270m，左右壩肩及截流墻段采用帷幕灌漿，截流墻以下部分壩體采用充填灌漿，壩體段采用土工膜進行防滲，帷幕線按單排孔布置，孔間距為2m，設計布孔136個。因壩體填筑質量較差，為能在壩體內部形成較好的防滲帷幕，故考慮將壩體充填灌漿段進行充填灌漿孔加密，加密后的孔間距為1m，布置加密孔50個。壩體段截流墻基礎為壩體填土，為防止壩體變形，須設變形縫。截流墻施工時不存在淤泥開挖，施工工藝復雜，難度較大。由于開挖工程量較大，需修建臨時工程，工程總投資略大，但防滲效果好，施工技術成熟。實施防滲處理后，能極大降低滲漏量，減弱甚至消除可能存在的壩體滲漏。

3.2 壩肩滲漏處理技術方案

左右壩肩采用帷幕灌漿，兩岸防滲端點以地下水位高于正常蓄水位為防滲端點，造孔和灌漿分三序次進行，一序孔終孔間距為8m，二序孔為4m，三序孔為2m，加密孔為1m。鉆孔完成后采用循環(huán)式自上而下分段灌漿法，每3～5m為一段，待上一段灌漿初凝或終凝后，按照規(guī)范要求時間，進行掃孔，并進行下一段的灌漿，循環(huán)往復的進行。各灌漿段灌漿時必須下入灌漿管，管口距孔底不得大于50cm。壩肩灌漿材料選用P·O42.5普硅酸鹽水泥進行灌注，吸漿量較大，超過規(guī)定值時可加水玻璃或細砂。漿液濃度應遵循由稀到濃的原則，逐級遞變，漿液的水灰比采用5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.7∶1、0.5∶1六個級別進行變換。灌漿施工應按《水工建筑物水泥灌漿施工技術規(guī)范》（SL62-2014）嚴格執(zhí)行；壩體粘土層采用粘土漿加入5%P·O52.5普硅酸鹽水泥進行灌注，漿液比重在1.3～1.5g/cm3，整個灌漿應嚴格按《土壩灌漿技術規(guī)范》（SL564-2014）執(zhí)行。在全孔灌漿完畢后，將灌漿窗設在孔口處，進行全孔回填灌漿，從稀漿開始，依正常方法進行灌漿[3]。

3.3 溢洪道技術處理技術方案

對已建溢洪道上游段（包括1#、2#消力池）進行清淤修整，延伸改造溢洪道下游延伸段101.46m（含過渡段、漸變段、消力池和蓋板涵等）。溢洪道下游延伸段改造主要考慮校核洪水位下的泄流。為避免開挖毀壞國防光纜且盡可能減少建成后對下游居民生產生活造成的影響。溢洪道下游延伸段改造采取明渠（槽）+蓋板涵方式。下游延伸段進口接已建溢洪道尾端，此后轉向過渡到漸變段。下泄洪水經由泄槽進入蓋板涵，并在3#消力池處發(fā)生自由水躍。自由水躍后經由一段緩坡明渠排入下游跌坎。改造段墻高根據摻氣水深計算公式和安全加高確定。新建段水力計算如下所示：

K0+161.36-K0+172.73段坡比為1∶19.74，寬7.58m，水平行程11.38m。按明渠漸變流計算，計算得出口斷面水深h=0.56m，v=4.68m/s。

K0+172.73-K0+181.73段坡比為1∶19.74，寬度由7.58m漸縮為4m，水平行程9m。按明渠漸變流計算，計算得出口斷面水深h=0.55m，v=9.09m/s。

K0+181.73-K0+208.13段坡比為1∶19.74，寬4m，水平行程26.4m。按明渠漸變流計算，計算得出口斷面水深h=0.66m，v=7.55m/s。

K0+208.13-K0+218.13段坡比為1∶5，寬4m，水平行程10m。按明渠漸變流計算，計算得出口斷面水深h=0.57m，v=8.93m/s。

K0+218.13-K0+228.13段坡比為1∶5，寬4m，水平行程10m。按明渠漸變流計算，計算得出口斷面水深h=0.53m，v=9.58m/s。

K0+228.13-K0+243.13段為3號消力池，池寬4m，池長15m。計算得出口斷面共軛水深h=2.9m，共軛水速v=1.72。

K0+243.13-K0+262.15段底坡i=0.003。而i≤0.003，水平行程19.69m，下游出口為陡坡。

因此，本段可按緩坡堰頂寬頂堰流計算，躍后水深跌落至正常水深后在出口處跌落為臨界水深[4]。計算得出口水深1.36m，水速3.65m/s。溢洪道經加固改造后，能有效下泄水庫洪水，防止下游建筑物及重要設施被洪水沖刷毀壞。

4 結束語

綜上所述，通過對晴隆縣沙子水庫病險原因的分析，明確了該水庫目前存在的病險，主要有壩基滲漏、壩肩滲漏和泄洪道不能安全泄洪，同時明確了造成這些病險的原因；要達到消除隱患、減少滲漏、恢復水庫功能效益的目的，必須采取針對性的除險加固技術方案；加固除險方案應結合壩體填筑材料的實際情況，充分掌握水庫存在的問題及形成原因，針對具體問題根據工程投資、施工難度、技術成熟度、防滲效果等綜合確定。